未来的芯片，测试准备好了吗？
半导体测试的创新未能跟上芯片制造商对下一代芯片的要求，限制了开发并推高了测试成本。
芯片制造商仍在努力确定下一代半导体的最佳测试解决方案，因为他们发现很难从生产过程中尽早消除不良晶圆和芯片。即使管芯已经封装，在封装的最终测试上花费多少与设备在使用过程中出现故障时用户或供应商的成本之间也存在复杂的权衡。
造成这个问题的原因有两个：芯片变得越来越复杂，以及测试耗材供应商无法满足市场需求。测试耗材是将测试系统连接到晶圆、芯片或封装的关键部件（探针卡、测试和老化插座以及接口板）。芯片制造商希望制造更先进的设备，但遇到了测试能力的限制。
“直到2013年，半导体测试的成本一直呈下降趋势，但自2019年以来，测试设备和耗材收入的增长一直超过半导体收入。”Yole Group制造和全球供应链活动业务线副总监John West说。
2023年，半导体行业在测试设备和耗材上的支出为134亿美元，占行业收入的2.5%，并且还在不断增长。Yole Group预计，2023年至2028年，测试设备市场将以6.2%的复合年增长率(CAGR)扩张，其中测试耗材年增长率为6%。
此前，随着公司每年成功地增加在单个测试单元中可以同时测试的芯片数量，测试成本一直在下降。然而，对于许多应用来说，业界已经达到了并行测试的上限，并且自从通过14nm工艺节点以来，一直无法找到方法来抵消与测试更复杂的设备相关的更高成本。
芯片现在要经历多达六个阶段的测试，从晶圆验收、晶圆分类、晶圆级老化、封装测试、老化测试到系统级测试——这对于最新一代芯片等应用至关重要。智能手机、汽车和人工智能(AI)。测试芯片非常昂贵，而且越来越昂贵，但在电子系统中使用时芯片发生故障的成本可能会高出几个数量级。这意味着芯片制造商面临着平衡测试支出和设备现场故障风险的棘手挑战。找到正确的平衡并不容易，这也解释了为什么芯片制造商之间的测试解决方案差异如此之大。
John West表示：“先进的封装技术和封装中芯片数量的增加是推高测试成本的重要因素。对晶圆上的每个芯片进行彻底的测试已变得至关重要，以减少坏芯片进入包含多个好芯片的封装的可能性。该解决方案需要探针卡具有高探针数量和探针密度、更长的测试时间以及更复杂的测试环境热管理。这意味着更昂贵的设备和消耗品，并且随着测试时间的延长，设备和消耗品也会更多。”
苹果和高通等公司正在尽其所能地推动现有技术，但他们被迫在芯片设计上做出许多妥协，以适应他们的测试工程师和供应商可以提供的功能。他们通常在芯片设计的同时设计测试解决方案，以确保它们保持在这些限制之内。
“我们所处的情况是，业界有明确的技术路线图，可以达到前端低于1nm技术节点，并有一系列封装解决方案来优化这些芯片的性能。业界还不清楚这些设备的测试解决方案是什么样子。测试技术的响应速度不够快。这不仅仅是一个供应商问题——这是一个物理问题，”John West评论道。
汽车是成本不断增长的另一个领域。最近，大多数进入汽车应用的芯片都基于成熟的半导体技术，这些技术的测试解决方案众所周知。然而，使用7nm节点芯片的高级驾驶辅助系统(ADAS)的引入以及需要在SiC基板上制造功率器件的电动汽车是汽车测试界的新领域。
自2018年以来，随着并购活动的增加，半导体测试市场的整合加速。测试生态系统中的供应商看到对先进解决方案的需求是一个瓶颈，并通过收购客户或供应商来应对，以从供应链中获取更多价值。垂直整合以获得下一代芯片测试所需的最佳技术是一个明显的市场差异化因素，可以为公司带来竞争优势。
收购数量正在迅速增长，特别是在印刷电路板（PCB）领域，许多公司被收购，或者大型企业集团的部门被分拆出来。
在数据分析中使用人工智能是否能够帮助优化测试以克服当前的一些限制还有待观察。
虽然未来5-7年的半导体制造和封装解决方案是已知的，但无论从技术还是经济角度来看，都没有明确的测试解决方案。
当前的测试解决方案是不稳定的，因为芯片制造商试图找出最不糟糕的选择，推动测试领域的创新以缩小差距。所有这些都意味着半导体测试市场在技术和市场演变方面都是动态的。
